2018 Fiscal Year Research-status Report
計算科学的手法を用いたインフルエンザウイルス中和抗体の抗原認識能の改変
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17K08069
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
五十嵐 学 北海道大学, 人獣共通感染症リサーチセンター, 准教授 (10374240)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | インフルエンザ / ウイルス / 抗体 / 分子動力学計算 / 分子モデリング / 分子間相互作用 / 親和性 / 結合自由エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、計算機上で抗体の親和性・特異性を制御する手法の確立を目指している。具体的には、インフルエンザウイルスの表面糖蛋白質ヘマグルチニン（HA）と中和モノクローナル抗体S139/1との複合体構造をモデルに用いて、分子動力学（MD）シミュレーションから得られる結合自由エネルギーを指標に、HAに対する抗体の結合能を改変し、エスケープ変異株やより多くのHA亜型のウイルスを中和する抗体の設計を試みている。
これまで、A/Victoria/3/75 (H3N2)（Vic株）をS139/1存在下で培養すると、HA上158番目にアミノ酸置換を持つエスケープ変異株が分離されることを明らかにした。すなわち、S139/1はこのエスケープ変異株のHA（HA_vic158）と強く結合しない。そこでHA_vic158に対して、S139/1が再結合できるように結合能の改変を試みた。はじめにHA-S139/1複合体構造を基に、エスケープ変異による構造への影響を調べた。その結果、変異後の158番目の残基はS139/1のL鎖CDR3と物理的に衝突していた。この衝突を避けるため、公共データベースに登録されている抗体の構造からL鎖CDR3をすべて抽出した後、S139/1のL鎖CDR3領域に移植し、改変S139/1の分子モデルを計算機上で網羅的に構築した。これらの改変S139/1とHA_vic158との親和性を分子力学法により計算した結果、S139/1と野生型HAの親和性と同等の値を示す改変S139/1が複数存在した。これらのほとんどはS139/1のL鎖CDR3よりも短いアミノ酸配列であった。また最も高い親和性スコアを有した改変S139/1とHA_vic158との複合体に対して、MDシミュレーションを行い、結合自由エネルギーを解析した。この改変S139/1はHA_vic158に対して弱い結合しか示さなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は、HA_vic158とS139/1との結合構造を初期構造に分子シミュレーションを行い、親和性増強が期待されるS139/1側の残基位置およびアミノ酸を同定する戦略で研究を進めていた。しかしながら、実際研究を進めると、この戦略では所望する抗体の設計は難しいことが分かってきた。一方、上述したようにエスケープ変異による構造への影響を再度調べてみると、HA上の158番目の残基はアミノ酸置換によってS139/1のL鎖CDR3と物理的に大きく衝突することが分かった。そこで、L鎖CDR3をまるごと入れ替える方向に戦略を軌道修正した。さらに軌道修正した方法によって現在、分子モデリング、分子動力学シミュレーションと研究を進めていたが、想定以上にシミュレーションの時間がかかること、また思ったような結果が得られなかったことから、進捗状況としてはやや遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したようにシミュレーションの初期構造の構築ついて手法の見直を行った。また期待通りの結果が得られていないことから、再度プロトコルのブラッシュアップが必要である。したがって、本年度以降に行う予定の
(1)結合自由エネルギー計算を指標にした抗体の中和能の予測、
(2)中組換え抗体の作出とin vitroでの評価、
に関して当初の予定より若干遅れる可能性はあるが、申請書に従い研究を推進していく。
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由：当初予定していた方法を変更したこと、分子シミュレーションに要する時間が想定以上にかかってしまったことにより、抗体分子設計を開始する時期が遅れ、ソフトウェアの購入時期も遅れてしまった。これに伴い、成果が出るのも遅れ、旅費分も次年度の使用予定となった。
使用計画：当初の計画通り、抗体の分子設計を行うため、専用ソフトウェアを導入する。本年度は学会に参加し、成果発表も行う。
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